移動電池儲能直流融冰系統(tǒng)的功率與容量優(yōu)化選取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及融冰系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種移動電池儲能直流融冰系統(tǒng)的功率與容量 優(yōu)化選取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 冰雪災(zāi)害對電網(wǎng)、交通和農(nóng)作物等都有著嚴(yán)重的危害，輸配電線路嚴(yán)重覆冰會導(dǎo) 致其機(jī)械和電氣性能急劇下降，從而導(dǎo)致覆冰事故的發(fā)生。雖然福建省地處中國華南，但閩 北、閩東W及閩西的高海拔山區(qū)的配電網(wǎng)線路冬季時有覆冰，對居民日常生活和工農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)造成了非常不利的影響，2008年尤其嚴(yán)重，強(qiáng)冷空氣從1月底開始入侵福建省，持續(xù)十多 天的低溫伴隨著凍雨、凍雪、覆冰，電網(wǎng)設(shè)施大面積受損，眾多輸配電線路因覆冰發(fā)生掉串、 斷線、倒塔而被迫停運(yùn)，造成閩西北部分220kV及W下系統(tǒng)遭受重創(chuàng)，建寧、邵武、光澤、寧 化、浦城、長汀、泰寧、上杭、武夷山、武平等26個縣（市）部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度的損失，其 中W建寧、邵武、光澤、寧化、浦城五縣市最為嚴(yán)重，35kV及W下等級電網(wǎng)發(fā)生大面積停電。 及時有效地對輸配覆冰線路進(jìn)行除融冰是降低電網(wǎng)覆冰災(zāi)損的重要途徑之一，因此可針對 福建山區(qū)中壓線路，研究基于移動電池儲能裝置的中壓線路直流融冰技術(shù)，提出該融冰系 統(tǒng)的功率和容量優(yōu)化選取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種移動電池儲能直流融冰系統(tǒng)的功率與容量優(yōu) 化選取方法，從系統(tǒng)成本的角度出發(fā)，提出了成本優(yōu)化方程，可為基于移動電池儲能直流融 冰系統(tǒng)的功率和容量選取提供依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明采用W下方案實(shí)現(xiàn)：一種移動電池儲能直流融冰系統(tǒng)的功率與容量優(yōu)化選 取方法，包括W下步驟：
[0005] 步驟Sl :提供一移動電池儲能直流融冰系統(tǒng)，所述直流融冰系統(tǒng)包括電池儲能系 統(tǒng)、雙向變流器、DC/DC直流變換器、后臺監(jiān)控W及開關(guān)組合；所述電池儲能系統(tǒng)包括并聯(lián) 運(yùn)行的憐酸鐵裡電池柜與電池管理系統(tǒng)，其中電池柜由一序列憐酸鐵裡電池箱串并聯(lián)而 成；
[0006] 步驟S2 :對電網(wǎng)冰區(qū)分布情況進(jìn)行統(tǒng)計；
[0007] 步驟S3 :計算直流融冰系統(tǒng)在直流融冰過程中的電流值；
[000引步驟S4 :計算得出"1-1，1-2"、"1-1，1-1"、"1-2,1-2,1-2種融冰方式下直流融 冰系統(tǒng)的融冰功率、融冰容量W及優(yōu)化方程。
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟S2根據(jù)不同海拔高度的覆冰厚度對冰區(qū)分布情況進(jìn)行統(tǒng)計， 具體包括W下步驟：
[0010] 步驟S21 :計算標(biāo)準(zhǔn)冰厚：將不同密度、不同形狀的覆冰厚度統(tǒng)一換算為密度 0. 9g/cm3的均勻裹覆在導(dǎo)線周圍的標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度，則標(biāo)準(zhǔn)冰厚按覆冰冰重進(jìn)行計算，其計 算公式如下所示：
[0012] 式中：b。為標(biāo)準(zhǔn)冰厚；G為冰重；L為覆冰體長度；r為導(dǎo)線半徑；
[0013] 步驟S22 :計算標(biāo)準(zhǔn)冰厚的高度修正與線徑修正：按線路設(shè)計規(guī)范要求覆冰厚度 應(yīng)歸算至IOm高處，則高度修正系數(shù)如下公式所示：
[0014] Kh= (Z/Z〇r
[0015] 線徑修正系數(shù)如下公式所示：
[0016] A'。二 1--0.14((。/%)
[0017] W上式中：Kh為高度修正系數(shù)；Z取IOm ;Z。為實(shí)測或調(diào)查覆冰導(dǎo)線懸掛高度；a為 指數(shù)，與風(fēng)速、含水量與捕獲系數(shù)有關(guān)，若無實(shí)測資料時，a可取值0.22; 為線徑修正系 數(shù)；為設(shè)計導(dǎo)線直徑，4《40mm 為實(shí)測或調(diào)查覆冰的導(dǎo)線直徑；
[0018] 步驟S23 :計算不同重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)冰厚：按照30年、50年一級100年重現(xiàn)期分別進(jìn)行 統(tǒng)計，可采用覆冰數(shù)據(jù)法、CRWL模型法、氣象參量回歸法一級局地地形-氣象影響覆冰等 級模型法確定不同重現(xiàn)期的覆冰厚度；
[0019] 步驟S24 :覆冰厚度隨海拔變化進(jìn)行修正：覆冰厚度隨海拔高度增加而增加，利用 幾個不同海拔高度計算得到的不同重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)冰厚值，擬合出冰厚隨海拔高度變化的指數(shù) 公式，如下公式所示：
[0020] Rh= Peah
[0021] 式中：Rh為某一海拔高度h上的冰厚；a和0為待定參數(shù)。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中，直流融冰系統(tǒng)在直流融冰過程中的融冰電流采用W下 公式計算得出：
[0024] 式中Jmelt為融冰電流；R。為(TC時一米長的導(dǎo)線的電阻值；At為導(dǎo)體溫度與 外界溫度之差；R?為等效冰層傳導(dǎo)熱阻，與導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)；D為導(dǎo)體覆冰后的外徑；d為導(dǎo) 線直徑；Rn為對流及福射等效熱阻，與風(fēng)速有關(guān)；b為冰層厚度；g。為冰的比重，按雨艙取 0. 9, Tmeit為融冰時間；
[0025] 則直流融冰電流應(yīng)在最小融冰電流和最大融冰電流之間選取，其中計算最小直流 融冰電流的計算公式如下所示：
[0027] 當(dāng)加熱導(dǎo)線使其溫度上升到9(TC時，計算最大直流融冰電流的計算公式如下所 示：
[002引式中：Imi。為最小融冰電流；Imax為最大融冰電流；t2為外界溫度；V為風(fēng)速，其值大 于2m/s;Xi為福射系數(shù)。
[0030] 進(jìn)一步地，所述步驟S4中，直流融冰系統(tǒng)選取覆冰厚度為10mm，單次融冰線路長 度為4km，線路型號為LGJ-120,環(huán)境溫度為-4°C，風(fēng)速為5m/s的環(huán)境進(jìn)行融冰工作，計算所 述直流融冰系統(tǒng)"1-1，1-2,1-2"S種融冰方式下的融冰功率與融冰 容量；其中"1-1 "為融冰電源一進(jìn)一回接入方式，"1-2"為融冰電源一進(jìn)兩回接入方式；
[0031] 所述"1-1，1-2"融冰方式具體為：采用兩個DC/DC直流變換器進(jìn)行融冰，其中第一 DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連； 第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及B相相連，另一輸出端與交流母 線的C相相連；
[003引所述"1-1，1-1"融冰方式具體為：采用兩個DC/DC直流變換器進(jìn)行融冰，其中第一DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連； 第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的B相相連，另一輸出端與交流母線的C相 相連；
[003引所述"1-2,1-2,1-2"融冰方式具體為：采用立個DC/DC直流變換器進(jìn)行融冰，其中 第一 DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相相連，另一輸出端與交流母線的B相 W及C相相連；第二DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及B相相連，另一輸 出端與交流母線的C相相連；第S DC/DC直流變換器的一輸出端與交流母線的A相W及C 相相連，另一輸出端與交流母線的B相相連。
[0034] 進(jìn)一步地，在所述"1-1，1-2, 1-2"融冰方式下，由于兩相線路并聯(lián)均 流，通過并聯(lián)線路每路電流接近臨界電流，對并聯(lián)覆冰線路基本起不到融冰效果，則在邊界 條件不變的情形下，忽略融冰過程中導(dǎo)線阻抗的變化，選取每次融冰功率為直流變換器的 額定功率：
[003引式中：Ei1,1 2為"1-1，1-2"融冰方式融冰所耗費(fèi)的電量；E1 1,1 1為"1-1，1-1"融冰 方式融冰所耗費(fèi)的電量也2,12,12為"1-2, 1-2, 1-2"融冰方式融冰所耗費(fèi)的電量；Pf為融冰 直流變換器的額定功率，kW;Ii1為一進(jìn)一回融冰電流；I1 2為一進(jìn)兩回融冰電流；1為線路 融冰長度；r。為線路的單位長度電阻，不考慮融冰過程中溫度變化對其的影響。
[0037] 進(jìn)一步地，采用所述"1-1，1-2"融冰方式的融冰電壓和融冰功率分別入W下公式 所示：
[003引 Ui
[0039] 也=2起;'〇/
[0040]式中：Ui1為"1-1"融冰電源接入方式下的直流融冰電壓；P11為"1-1"融冰電源 接入方式下所需的融冰功率。
[00川進(jìn)一步地，所述直流融冰系統(tǒng)的成本受電池儲能系統(tǒng)、雙向變流器和DC/DC直流 變換器成本的影響，其中電池儲能系統(tǒng)的成本取決于串并聯(lián)憐酸鐵裡電池箱的數(shù)量與價 格，可得所述直流融冰系統(tǒng)的融冰功率及容量的優(yōu)化方程如下公式所示，直流融冰電流是 其約束條件：
[0043] 式中：F為直流融冰系統(tǒng)總成本；fpEs為單位功率的PCS價格；f DE DE為單位功率的 DC-DC直流變換器價格；fb為單個電池箱的價格；Pl為單個電池箱的功率；Cl為單個電池箱 的